(57)【要約】【課題】膜分離活性汚泥法が有する膜ろ過や酸素供給に付随する効率、安定性面での課題を解決し、トラブルの発生リスクを大幅に低減する。【解決手段】溶解性有機物含有液を、活性汚泥により処理し、限外ろ過膜または精密ろ過膜を用いて膜ろ過して濾過液を得るに際し、活性汚泥の発泡を促進してその結果生じた泡を分離除去する【選択図】  図１
2005046684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解性有機物含有液を曝気しながら微生物により処理し、限外ろ過膜または精密ろ過膜を用いて膜ろ過して濾過液を得るに際し、活性汚泥液の発泡を促進してその結果生じた泡を分離除去することを特徴とする溶解性有機物含有液の処理方法。
【請求項２】
曝気量を一時的に激しくすることで発泡を促進する、請求項１記載の溶解性有機物含有液の処理方法。
【請求項３】
溶解性有機物含有液を微生物処理する活性汚泥液を貯留するとともに活性汚泥液に対する曝気手段を備えた処理槽と、限外ろ過膜または精密ろ過膜を備えた膜ろ過手段と、活性汚泥液の発泡を促進する発泡促進手段と、その結果生じた泡を分離除去する泡分離除去手段とを有することを特徴とする溶解性有機物含有液の処理装置。
【請求項４】
発泡促進手段が、散気装置と、活性汚泥液表層から液面上方へと突出している板状構造物および中空状構造物の少なくとも１つとを備えている、請求項３に記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
【請求項５】
泡分離除去手段が、活性汚泥液を貯留する槽の液面表層の泡を分離除去するスクリーン、布、網、板、活性汚泥液表層から液面上方へと突出している板状構造物、および活性汚泥液表層から液面上方へと突出している中空状構造物の少なくとも１つを備えている、請求項３または４に記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
【請求項６】
前記ろ過膜を活性汚泥液を貯留する処理槽内に配置し、その処理槽外に前記発泡促進手段を設けてなる、請求項３〜５のいずれかに記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業廃水や下水などの溶解性有機物含有液に含まれる有機物を、効率的に処理するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水等の溶解性有機物含有液（以下、説明の便宜のため廃水という）は、一般に、曝気槽と沈殿槽とで構成される活性汚泥法により処理されてきた。この方式は、比較的安価に廃水を処理可能であるが、重力沈降方式という固液分離上の制約から処理槽内に活性汚泥を高濃度に保持できず、一般に処理スペースが広くなるという問題があった。また、重力沈降方式では、汚泥の沈降性が悪化し汚泥を清透水と分離できない状態、いわゆるバルキングが発生し、処理上重大な障害がもたらされるという問題があった。
【０００３】
近年は、固液分離を重力沈降方式で行うことに起因する上述の問題点を解決するために、精密ろ過膜または限外ろ過膜を用いて固液分離を行う膜分離活性汚泥法が普及し始めている（特許文献１など）。本方式では、処理槽内に活性汚泥を高濃度に保持でき、また、沈殿槽も不要となるため、処理スペースのコンパクト化が可能であり、処理水質も改善するなどのメリットがある。そして、活性汚泥法におけるバルキングの心配もなく、汚泥の沈降性に関係なく清透度の高い良好な処理水が得られる。
【０００４】
しかしながら一方で、処理条件の変動などやその他の何らかの原因によって、急に、汚泥の粘性が増し、泡立ちがひどくなり、その結果、急激に膜が目詰まりしたり、酸素供給効率が低下するなどのトラブルに至ることがあった。このようなトラブルに見舞われた場合は、消泡剤を添加してそれを抑制したり、また、膜を洗浄もしくは交換するとともに、性状の悪化した汚泥を抜き出した後に新たに性状のよい汚泥を投入したり、追加投入を行わない場合でも負荷を下げた条件で性状の回復を待つ必要があり、運転安定性の面で課題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４５９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、膜分離活性汚泥法が有する膜ろ過や酸素供給に付随する効率、安定性面での上記課題を解決することを目的とする。すなわち、上記の様なトラブルの発生リスクをなくすあるいは大幅に下げることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため鋭意研究した結果、我々は、膜分離活性汚泥法でみられる目詰まりや酸素供給効率低下につながる原因物質は、様々な物質であると考えられるが多くは泡の構成成分になっていることを見出した。通常、泡が発生したら消泡剤などを添加するなどそれを抑制しようとする対策が考えられるが、原因物質そのものは残存するため、本質的にリスクがとり除かれたとはいえない。
【０００８】
本発明は、このように泡の発生を押さえ込もうとするのでなく、逆に発泡を促進しその結果生じた泡を分離、除去することで、槽内のトラブル原因に最も寄与する物質の濃度を低レベルに維持し、膜分離活性汚泥法の運転安定性向上を図るものである。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、次のとおりを特徴とするものである。
（１）溶解性有機物含有液を曝気しながら微生物により処理し、限外ろ過膜または精密ろ過膜を用いて膜ろ過して濾過液を得るに際し、活性汚泥液の発泡を促進してその結果生じた泡を分離除去することを特徴とする溶解性有機物含有液の処理方法。
（２）曝気量を一時的に激しくすることで発泡を促進する、上記（１）記載の溶解性有機物含有液の処理方法。
（３）溶解性有機物含有液を微生物処理する活性汚泥液を貯留するとともに活性汚泥液に対する曝気手段を備えた処理槽と、限外ろ過膜または精密ろ過膜を備えた膜ろ過手段と、活性汚泥液の発泡を促進する発泡促進手段と、その結果生じた泡を分離除去する泡分離除去手段とを有することを特徴とする溶解性有機物含有液の処理装置。
（４）発泡促進手段が、散気装置と、活性汚泥液表層から液面上方へと突出している板状構造物および中空状構造物の少なくとも１つとを備えている、上記（３）に記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
（５）泡分離除去手段が、活性汚泥液を貯留する槽の液面表層の泡を分離除去するスクリーン、布、網、板、活性汚泥液表層から液面上方へと突出している板状構造物、および活性汚泥液表層から液面上方へと突出している中空状構造物の少なくとも１つを備えている、上記（３）または（４）に記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
（６）前記ろ過膜を活性汚泥液を貯留する処理槽内に配置し、その処理槽外に前記発泡促進手段を設けてなる、上記（３）〜（５）のいずれかに記載の溶解性有機物含有液の処理装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明について、廃水などの溶解性有機物含有液は、たとえば図１に示す処理装置において処理される。
【００１１】
図１に示す溶解性有機物含有液の処理装置は、溶解性有機物含有液を微生物で好気処理する処理槽１と、溶解性有機物含有液と微生物との混合液（活性汚泥液）を精密ろ過または限外ろ過する膜分離装置３と、膜分離に必要な圧力を付与する吸引ポンプ４とを有している。膜分離装置３は、処理槽１の内部に配置されており、さらに処理槽１の内部には、膜分離装置３の下方に散気装置２が設けられている。
【００１２】
膜分離装置３は、経済性の観点から、ろ過速度が高くコンパクト化が可能で、メンテナンスが容易である精密ろ過膜、限外ろ過膜がモジュール化されたものを用いる。膜の形状としては平膜、中空糸膜等、いずれの形態も用いられ、モジュールの形態も特に限定されないが、本実施態様においては省スペース化のため浸漬型の膜モジュールを使用している。なお、浸漬型の場合は、散気装置２や撹拌装置との組合せ、配置により、ファウリング物質がうまく除去できるような形状にすることが好ましい。さらに、膜分離装置３におけるろ過方法としては、クロスフロー方式や全量ろ過方式があるが、クロスフロー方式を採用すれば膜面の汚れを取りながらろ過できる。
【００１３】
散気装置２（曝気手段）は、通常運転時には、汚泥が膜面に強固に付着するのを回避するとともに微生物が必要とする酸素を供給するという目的に鑑み条件を設定できるものであればよく、廃水の負荷や汚泥の粘度、濃度などの条件に応じて適正な曝気量が決定される。
【００１４】
そして、本発明に係る装置は活性汚泥液の発泡促進手段および泡分離除去手段を備えている。発泡促進手段としては、泡の発生効率が高く活性汚泥へのストレスが少ないものであれば特に限定されるものではなく、本実施態様においては、散気装置２を発泡促進手段として用いてもよいが、より効率的に発泡を促進してその泡を分離除去するために、微細気泡発生装置５が別途設けられている。さらに、単に泡の発生速度を増大するだけではなく、泡の発生速度から泡の消失速度を引いた正味の泡成分の生成を促進するために、泡の消失を抑制する仕切板８（板状構造物）も設けられている。そして、泡分離除去手段として、泡掻き取り器７が設けられている。
【００１５】
微細気泡発生装置５は、散気装置２によって発生される気泡よりも小さな気泡を発生するもので、直径１ｍｍ程度の微細な気泡を発生する。このような微細気泡によれば、活性汚泥液中の気液界面の面積が増加して泡立ち効率が高くなり、また、活性汚泥液への剪断力が小さくなるので発生した泡が消泡されにくくなる。なお、微細気泡発生装置５は、膜分離装置３が発泡促進および泡分離の邪魔になることがないように、鉛直方向に関して膜分離装置３と重ならないように配置されている。
【００１６】
仕切板８は、活性汚泥液表層部から先端が液面上方に突出するように配置されている。そして、この仕切板は板状物であれば必ずしも平板である必要はなく、曲面を形成しているもの網状物であってもよい。さらに、その素材としても、木材、プラスチック、布、金属などのいずれでもよい。
【００１７】
泡掻き取り器７は、活性汚泥液表層の泡を掬うものであればよく、スクリーン、布、網、板などを用いることができる。
【００１８】
このような処理装置において、廃水などの溶解性有機物含有液は、処理槽１内で曝気されながら微生物によって有機物が分解処理されるとともに、限外ろ過膜または精密ろ過膜を備えた膜分離装置３および吸引ポンプ４によって膜ろ過され、清澄な処理水として取り出される。膜分離装置３によって得られた清澄な処理水は、必要に応じて酸化分解装置や逆浸透膜分離装置などで処理され、中水用途などに再利用される。
【００１９】
しかしながら、このような処理を続ける中では、処理条件の変動などやその他の何らかの原因によって、急に、汚泥液の粘性が増し、泡立ちがひどくなり、その結果、急激に膜が目詰まりしたり、酸素供給効率が低下するなどのトラブルに至ることがある。
【００２０】
そこで、本発明においては、目視や、テレビカメラ、センサーなどとコンピューターとを組み合わせて活性汚泥液の発泡状態を監視し、トラブルに至る前に、発泡を促進し、その結果生じた泡を分離除去する。
【００２１】
発泡促進は、微細気泡発生装置５により、散気装置２によって発生される気泡よりも小さな気泡、具体的には１ｍｍ程度の微細な気泡を発生させることで行う。このような微細気泡により、活性汚泥液中の気液界面の面積が増加して泡立ち効率が高くなり、また、活性汚泥液への剪断力を小さくすることができるので、泡が効率的に発生し、また、発生した泡が消泡されにくくなる。さらに、仕切板８によって流れの穏やかな部分がつくられるため泡の消失が抑制され、泡の発生速度から泡の消失速度を引いた正味の泡成分の生成がさらに促進される。
【００２２】
そして、発生した泡は、処理槽１の液面表層をスクリーン、布、網や板などの泡掻き取り器７で掬うことで一部の汚泥液とともに分離除去すれば良い。
【００２３】
さらに、本発明はたとえば図２に示すように変更実施することもできる。
【００２４】
図２に示す装置では、活性汚泥液を限外ろ過膜や精密ろ過膜でろ過する処理槽１（曝気槽）とは別に槽が設けられており、その別の槽に、処理槽１内の活性汚泥液を循環移送し、発泡促進、泡分離除去を行う。すなわち、たとえば廃水処理では、微生物への酸素供給のための曝気を主目的とする槽と、膜面洗浄のための曝気を主目的とする槽とを設けることがある。そこで、微生物への酸素供給のための曝気を主目的とする槽に微細気泡発生装置５などの発泡促進手段、泡分離除去手段を設ける。もちろん、微生物への酸素供給のための曝気を主目的とする槽とも別に、発泡促進、泡分離除去ための専用槽を設けてもよい。
【００２５】
具体的には、微細気泡発生装置５の上部にハニカム状構造物９（中空状構造物）を活性汚泥液表層から液面上方へと突出するように設け、これにより発泡を促進するとともに発生した泡を分離除去する。すなわち、ハニカム状構造物９は先端が活性汚泥液液面よりも上方に突出するように配置されているので、下方に配置された微細気泡発生装置５で気泡を発生させると、ハニカム状構造物内部で汚泥液と気泡が混合されて発泡が促進され、生じた泡が下部からの気泡の流れに随伴して液面上方へと移動し、ハニカム状構造物９上端から除去できる。一方、発泡により泡原因物質の濃度が低減した活性汚泥液は、ハニカム状構造物９に設けられた液出口１０から槽内に戻される。なお、ハニカム状構造物９の代わりに板状構造物を用いてもよい。
【００２６】
そして、本実施態様においては、ブロワー６の吸引側に配管の一端を連結し、他端をハニカム状構造物９の上端（泡出口）に連結するとともに、それらの間に消泡装置１２を設けているので、ブロワー６の吸引圧を利用して泡を消泡装置１２まで伝搬することができる。消泡装置では加温や薬品の添加により泡成分の界面活性作用を大幅にさげ、吸い上げた泡を気体と液体に分離する。このうち、液体を泡成分回収タンク１３に回収し、廃棄、あるいは、酸化剤などで泡の発生力が弱まる程度に低分子化した後に、処理槽１に供給し、流入する溶解性有機物とともに処理する。
【００２７】
なお、本発明において、発泡の促進は、効果をみながら適当な間隔、時間で実施すればよく、もちろん連続的に実施してもよい。また、泡の消失を抑制する仕切板８やハニカム状構造物９などの泡消失抑制手段は、その間、連続的に使用しても間欠的に使用しても構わない。さらに、泡を発生させたり分離する間は、効率を高めるために泡近傍の温度を冷却することも好ましい。
【００２８】
【実施例】
＜実施例および比較例＞
液容積  ３０  Ｌの塩化ビニール製の水槽、孔径  ０．１ミクロンのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製東レ株式会社製精密ろ過平膜、エアーポンプおよびエアースト−ンを用いて小型の膜分離活性汚泥装置を製作し、デキストリンを基質としたＢＯＤ濃度１，０００  ｐｐｍの人工下水を処理した。人工下水の水槽での滞留時間は１日、処理時の活性汚泥液の水温は２０〜２５℃、曝気量は３０Ｌ／分とした。また、処理槽へは下水処理場の余剰汚泥を初濃度７ｇ／Ｌとなる様に投入し運転を開始した。その結果、運転２ヶ月後に水槽における汚泥濃度が１５ｇ／Ｌに達した。この間、サンプリングを除き余剰汚泥の排出は行わなかった。
【００２９】
この状態の汚泥を、３台の液容積１０Ｌの塩化ビニール製の水槽（Ａ槽、Ｂ槽、Ｃ槽）に分割し、３台の水槽（Ａ、Ｂ、Ｃ）それぞれの片側半分に、孔径  ０．１ミクロンのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）製東レ株式会社製精密ろ過平膜を備えた膜分離装置３を配置し、膜分離装置３の下方から曝気量を１０Ｌ／分で曝気しながら、ろ過速度０．４  ｍ／ｄで濾過した。培地の容積負荷や水滞留時間などの条件は同一に保持した。
【００３０】
この間、Ａ槽は、週に５回３０分間、以下の方法で発泡を促進し、生成した泡の分離を行った。すなわち、図１に示すように膜モジュールを浸漬配置している半分と残りの側半分を部分的に区切るように水面下２０ｃｍまで仕切板を挿入し、膜分離装置を配置していない方の側に流量１Ｌ／分で微細気泡を発生させることで発泡を促進し、仕切板と水槽内壁で限られた部分に蓄積した泡を、灰汁抜きの要領で網ですくい取り、除去した。なお、発泡促進、泡分離除去の間も濾過、膜分離装置下方での曝気は継続した。
【００３１】
また、Ｂ槽については、以下の方法で発泡を促進し、生成した泡の分離を行った。すなわちＢ槽内の活性汚泥液を５ｍｌ／分の速度で連続的にポンプで取り出し、内径２ｃｍ高さ６０ｃｍの円筒状容器に底部から供給し、活性汚泥液量約１５０ｍｌに対してエアー流量０．５Ｌ程度で曝気し発泡を促進させた。発生した泡は、泡がエアーに押されて円筒状容器内壁を上方向へ移動することで分離され、分離された泡はホースにてタンクに回収した。発泡促進、分離処理後の液はチューブポンプでＢ槽へ戻した。
【００３２】
Ｃ槽では、発泡の促進やその結果生じた泡を分離除去せず、その代わりに毎日汚泥液そのものを１００  ｍｌ回収し廃棄した。
【００３３】
このような運転を継続したところ、Ｃ槽では１週間経過した時点で膜が目詰まりし急激に透水性が悪化し、ろ過速度は０．１  ｍ／ｄ以下となったが（このときの汚泥濃度は１７  ｇ／Ｌ）、Ａ槽、Ｂ槽では何らトラブルの発生無くろ過速度０．４  ｍ／ｄの条件で１ヶ月運転を継続できた（１ヶ月後の汚泥濃度は両槽とも２０  ｇ／Ｌ）。
＜参考例＞
液容積１．５  Ｌの塩化ビニール製の水槽、有効膜面積１２  ｃｍ×  １２  ｃｍ×１の孔径０．１ミクロン、ＰＶＤＦ製の東レ株式会社製平膜モジュール、エーポンプおよびエアーストーンを用いて、膜のろ過性を短期的に評価するための小型の実験装置を製作した。ろ過性を調べるための試料（活性汚泥液）は１．５  Ｌ供給し、内径３ｍｍのシリコンチューブを膜モジュールに接続し２０  ｃｍの水頭圧で１５分間ろ過した後、１分間ろ過した時に得られる液量を測定することで、試料のろ過性を評価した。
【００３４】
試料としては、濃度１５  ｇ／Ｌ、粘度  ３０  ｍＰａ・ｓ、顕微鏡観察で水路に分散菌が約１０９個／ｍｌ程度観察され性状がやや不良とみられる活性汚泥液１．５  Ｌ（Ａ）と、Ａの汚泥２Ｌ弱を２００  ｍｌのメスシリンダー１０本に分注し、各々を５０  ｍｌ／分程度のガス流量で１時間曝気後、発生した泡をスプーン、スポイトとティッシュで分離除去し残った液１．５  Ｌ（Ｂ）とを用意した。
【００３５】
その結果、Ａでは、膜の透水量は  ０．６  ｍ／ｄであったが、Ｂでは０．８  ｍ／ｄであった。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、活性汚泥の発泡を促進してその結果生じた泡を分離除去するので、膜分離活性汚泥方による処理を安定に運転維持管理することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す溶解性有機物含有液の処理装置の概略フロー図である。
【図２】本発明の他の実施態様を示す溶解性有機物含有液の処理装置の概略フロー図である。
【符号の説明】
１：処理槽                  ２：散気装置
３：膜分離装置              ４：吸引ポンプ
５：微細気泡発生装置        ６：ブロワー
７：泡掻き取り器            ８：仕切板
９：ハニカム状構造物      １０：ハニカム状構造物からの液出口
１１：ポンプ                １２：消泡装置
１３：泡成分回収タンク
【図１】
2005046684.tif 000003
【図２】
2005046684.tif 000004